CN117941221A - 铁芯片、转子铁芯、转子、电动马达和高强度钢板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁化特性优良且铁损小的、具备高拉伸强度的材料的一例。根据由硅钢板构成且具有在改性部(5)与非改性部(6)的边界部(8)的一部分突出的楔部(7)的铁芯片(2)，可实现高磁化特性、低铁损和高强度。

Description

铁芯片、转子铁芯、转子、电动马达和高强度钢板

技术领域

本发明涉及用于电动马达等的铁芯片等。

背景技术

电动马达的转子铁芯通过将两张以上硅钢板制的铁芯片层叠而构成(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-13604号公报

发明内容

发明所要解决的问题

铁芯片优选磁化特性优良且铁损小的材料。因此，通常将硅钢板用作铁芯片。此外，在高速旋转的转子铁芯中，大的离心力作用于该铁芯片的各部位。因此，铁芯片优选磁化特性优良、铁损小、具备高拉伸强度。

本说明书中，鉴于上述方面，例示性地公开磁特性、电特性(铁损等)或机械特性等优良的铁芯片等。

用于解决问题的方法

铁芯片例如优选具备：具有与改性材料一起熔融而成的改性部(5)的硅钢板(2A)；以及该改性部与该硅钢板的非改性部(6)的边界部的一部分向该改性部和该非改性部中的至少一侧突出的楔部(7)。

由此，与非改性部相比能够成为高强度的改性部在边界部通过楔部卡合，非改性部被改性部加强。

本发明除了铁芯片以外，还可以作为层叠有该铁芯片的转子铁芯、使该转子铁芯内嵌有永磁铁而得到的转子、具备该转子和设置于该转子的外周侧或内周侧的定子的电动马达(包括发电机)等来掌握。需要说明的是，本说明书中所说的“改性材料”只要包含与改性前的硅钢板熔融混合(进而冷却、固化)而合金化的元素即可。例如，改性材料为混合材料、单种或两种以上合金材料等。其形态没有限制，可以为粉末状、箔状、糊状等中的任意一种。

顺便说一下，上述各括号内的符号是表示与后述的实施方式所记载的具体构成等的对应关系的一例，本发明并不限定于上述括号内的符号所示的具体构成等。

附图说明

图1是第一实施方式的转子铁芯和铁芯片的主视图。

图2是第一实施方式的转子铁芯和铁芯片的局部放大图。

图3是图2的A部放大图。

图4是图3的I-I剖视图。

图5是图4的B部放大图。

图6是图3的II-II剖视图。

图7是示出改性工序结束后的硅钢板的结构的图。

图8是示出激光束的扫描方向的一例的图。

图9是平坦化工序的说明图。

图10是示出试验结果的图表。

具体实施方式

以下的“发明的实施方式”表示属于本发明的技术范围的实施方式的一例。即，权利要求书所记载的发明特定事项等并不限定于下述的实施方式所示的具体构成、结构等。

各图中标注的表示方向的箭头和斜线等是为了容易理解各图相互的关系和各构件或部位的形状而记载的。因此，本发明所示的发明并不限定于各图中标注的方向。带有斜线的图未必表示剖视图。

关于至少标注符号进行说明的构件或部位，除了进行了“一个”等的说明的情况之外，至少设置有一个。即，在没有“一个”等的说明的情况下，该构件也可以设置两个以上。本发明所示的转子铁芯等具备至少标注符号进行说明的构件或部位等构成要素、以及图示的结构部位。

(第一实施方式)

＜1.转子铁芯的概要＞

转子铁芯是电动马达等旋转电机的转子，通过电磁力在定子(也称为stator)内旋转。本实施方式的转子铁芯由本发明的高强度钢制的铁芯片构成。

需要说明的是，本实施方式的转子铁芯是用于电动车辆的行驶用电动马达的转子铁芯。另外，本实施方式的转子铁芯特别是在应用于以高速旋转的转子铁芯时有效。

图1所示的转子铁芯1是将两张以上本发明的高强度钢制的铁芯片2沿厚度方向层叠而成的。厚度方向是指各铁芯片2的板厚方向(在图1中为纸面垂直方向)。

在该转子铁芯1中嵌入有永磁铁(未图示)。因此，在各铁芯片2中设置有两个以上磁铁孔3。各磁铁孔3是该永磁铁被嵌入的贯通孔。需要说明的是，被嵌入各磁铁孔3中的永磁铁的种类和嵌入方法不限。

如图1和图2所示，在铁芯片2中与各磁铁孔3邻接的部位设置有桥部4。桥部4是铁芯片2中磁导率比该桥部4以外的部位小的部位、即至少具有改性部5的部位。

＜2.铁芯片的结构＞

图3示出桥部4(例如，图2的A部)。图4示出图3的I-I截面。图5是图4的B部放大图。图6示出图3的II-II截面。以下，将与图3的I-I截面平行的方向称为桥部4的长度方向。将与图3的II-II截面平行的方向称为桥部4的宽度方向。

需要说明的是，桥部4的宽度方向是连接夹着桥部4相邻的空间的方向。该空间是指磁铁孔3或铁芯片2的外侧空间。桥部4的长度方向是与桥部4的宽度方向正交的方向。

铁芯片2以硅钢板2A作为母材。在该硅钢板2A的一部分设置有改性部5。改性部5是与改性材料(1种以上改性用元素(金属(合金、纯金属)、非金属、化合物、混合物等)一起熔融、然后凝固而成的改性部位。

具体而言，改性部5通过将例如“50Ni50Cr(日本ウェルディングロッド制)”等的粉末作为改性材料、照射激光束或电子束等射束进行熔融改性而成。改性部5成为磁导率比其他部位小的部位(非磁性部、低磁性部)。改性部5构成桥部4的至少一部分。

如图5所示，在硅钢板2A(在本实施方式中为桥部4)中的改性部5与非改性部6的边界部8设置有至少一个(在图5中为两个)楔部7。各楔部7是边界部8的一部分向改性部5和非改性部6中的至少一侧突出的部位。以下，在统称两个楔部7A、7B时，记为楔部7。

在本实施方式中，在边界部8中硅钢板2A的表面侧和背面侧设置有楔部7。表面侧的楔部7A和背面侧的楔部7B均从边界部8向改性部5侧突出。需要说明的是，表面侧是指射束的入射侧。背面侧是指与表面相反的一侧。

本实施方式的楔部7仅设置于桥部4的长度方向一端侧(图4的左端侧)以及该长度方向另一端侧(图4的右端侧)的表面侧和背面侧，而未设置于表面与背面的中间部位等其他部位。

在本实施方式中，在桥部4的宽度方向一端侧(图6的左端侧)以及该宽度方向另一端侧(图6的右端侧)不存在边界部8和楔部7。在改性部5的宽度方向上，成为改性部5在宽度方向整个区域存在的构成(参照图6)。

其理由在于，如后所述，在本实施方式中，在改性后，通过冲裁除去加工或最终冲裁工序形成磁铁孔3和铁芯片2的外缘形状。

即，在本实施方式中，在冲裁除去加工时或最终冲裁工序时，存在于桥部4的宽度方向一端侧和另一端侧的边界部8和改性部5的一部分被除去，因此成为改性部5在宽度方向整个区域存在的构成。

需要说明的是，关于图5所示的尺寸Lsi1、Lsi2以及尺寸L1、L2，优选以下的关系成立。

0≤Lsi1/L1≤49…关系式1

0≤Lsi2/L2≤49…关系式2

尺寸L1是指楔部7A的突出长度。尺寸L2是指楔部7B的突出长度。顺便提一下，楔部7A、7B在桥部4的宽度方向上以连续且在桥部4的长度方向上变动的状态存在，并且其突出长度也不是相同长度。因此，上述L1、L2表示楔部7A、7B各自的平均突出长度。

尺寸Lsi1、Lsi2是指从边界部8到桥部4的长度方向端部的长度。在此，磁铁孔3的宽度方向是指与桥部4的长度方向平行的方向。也就是说，桥部4的长度方向尺寸与磁铁孔3的宽度方向尺寸一致。即，桥部4的长度方向端部是指与磁铁孔3的宽度方向端部相对应的位置。

需要说明的是，尺寸Lsi1、Lsi2在桥部4的宽度方向的部位是不同的。因此，在本实施方式中，作为尺寸Lsi1、Lsi2，使用桥部4的宽度方向整个区域的平均值。

关于本实施方式的桥部4，如图4所示，设置有至少包括楔部7A、7B的改性部5的部位成为从表面和背面凹陷的凹状。即，凹状部的厚度尺寸T1比其他部位的厚度尺寸T2小。

因此，在层叠铁芯片2时，相邻的铁芯片2的改性部5相互成为非接触状态。需要说明的是，厚度尺寸为T1的范围、即凹状部的外缘是从边界部8向桥部4的长度方向端部侧偏离了规定尺寸的位置。

＜3.铁芯片(高强度钢)的制造方法的一例＞

铁芯片2(特别是楔部7)的制造大致按照以下的步骤执行。

即，铁芯片2按照改性材料载置工序→改性工序→冲裁除去工序→平坦化工序→最终冲裁工序的顺序来制造。

在改性材料载置工序前准备作为母材的硅钢板。在构成母材的硅钢板2A的表面和背面预先设置电绝缘被膜。

在改性材料载置工序中，在相当于改性部5的部位载置改性材料。具体而言，在该改性材料载置工序中，通过刮平方法载置改性材料。因此，在实施改性材料载置工序的时刻，尚未形成改性部5。

在改性工序中，至少对载置有改性材料的部位照射激光束而使该部位熔融。此时，如图7所示，熔融的部位、即改性部5成为从母材(硅钢板2A)的表面和背面鼓出的形状，并且磁导率变得比非改性部6小。

需要说明的是，母材(硅钢板2A)的表面、即激光束的入射侧的温度比背面更容易上升。因此，边界部8成为以越接近背面则改性部5的范围越缩小的方式相对于厚度方向倾斜的状态。

激光束除了照射到相当于改性部5的部位以外，如图8所示，还照射到相当于磁铁孔3的一部分的部位以及相当于铁芯片2的外侧空间的部位、即最终被除去的部位。

激光束例如一边在与桥部4的长度方向大致平行的方向上高速扫描，一边在与桥部4的宽度方向大致平行的方向上扫描。因此，激光束的照射开始部位和激光束的照射结束部位最终被除去。

在冲裁除去工序中，通过冲压加工等除去相当于磁铁孔3的一部分的部位中至少被照射激光束而熔融的部位。在平坦化工序中，如图9所示，利用冲压机按压在改性工序中产生的鼓出部5A(参照图7)。

由此，至少鼓出部5A成为从母材的表面和背面凹陷的凹状，并且厚度尺寸T1变得比其他部位的厚度尺寸T2小(参照图4)。此时，改性部5和非改性部6各自的一部分发生塑性流动，在边界部8形成楔部7。

需要说明的是，被照射激光束时，电绝缘被膜被破坏。因此，在平坦化工序中，以使至少被照射激光束的范围成为凹陷的形状的方式实施冲压加工。然后，在最终冲裁工序中，可以调整磁铁孔3的尺寸和形状、以及铁芯片2的外形尺寸和外形等。

＜4.本实施方式的铁芯片的特征＞

在本实施方式的铁芯片2、即使用了高强度钢板的铁芯片2和转子铁芯1中，通过边界部8的一部分突出的楔部7，能够在拉伸强度比改性部5小的非改性部6中抑制截面积的缩小。因此，在非改性部6中，伴随截面积的缩小而产生的应力上升得到抑制，因此能够提高该高强度钢板的拉伸强度。

硅钢板的磁化特性优良，铁损小。因此，铁芯片2(高强度钢板)的磁化特性优良，铁损小，并且能够发挥出高的拉伸强度。通过使用这样的铁芯片2，可以得到能够高速旋转的转子铁芯1。

需要说明的是，图10所示的表中示出了本实施方式的高强度钢板的拉伸强度试验结果。如图10所示的表所示，具备楔部7的实施例与比较材料相比，拉伸强度提高。比较材料仅由不具备改性部的硅钢构成。

另外，设置有至少包括楔部7A、7B的改性部5的部位成为从表面和背面凹陷的凹状。因此，在层叠铁芯片2时，相邻的铁芯片2的改性部5相互成为非接触状态。因此，能够在不修复改性时被破坏的电绝缘被膜的情况下确保相邻的铁芯片2之间的电绝缘。

(其他实施方式)

在上述实施方式的铁芯片的制造方法中，不具有修复在改性时被破坏的电绝缘被膜的工序。然而，本发明不限于此。即，本发明例如可以在平坦化工序后设置绝缘被膜成形工序。

在上述实施方式的铁芯片的制造方法中，具有冲裁除去工序和最终冲裁工序。然而，本发明不限于此。即，本发明例如可以取消冲裁除去工序而仅进行最终冲裁工序。

在上述实施方式中，在平坦化工序中，利用材料的一部分发生塑性流动，在边界部8设置楔部7。然而，本发明不限于此。即，本发明例如可以通过其他方法来设置楔部7。

在上述实施方式中，是在表面侧和背面侧设置有楔部7的构成。但是，楔部的形状和位置并不限定于上述实施方式的公开。即，本发明例如可以是在厚度方向中间部具备从边界部8向改性部5侧或非改性部6侧突出的楔部的高强度钢板或者铁芯片。

在上述实施方式的改性材料载置工序中，利用刮平方法载置改性材料。然而，本发明不限于此。即，本发明例如可以通过涂布混合有改性材料的液体来载置改性材料。

在上述实施方式中，形成从表面和背面凹陷的凹状。然而，本发明不限于此。即，本发明例如可以形成仅表面或背面凹陷的凹状。需要说明的是，在平坦化工序后设置绝缘被膜成形工序的情况下，也可以使表面和背面均为没有凹陷的平坦的面。

上述实施方式中，高强度钢板被应用于转子铁芯1的铁芯片2。然而，本发明不限于此。即，本发明的高强度钢板也可以应用于其他用途。

在上述实施方式的改性工序中，仅从一个面照射激光束，因此边界部8成为相对于厚度方向倾斜的状态。然而，本发明不限于此。即，本发明例如也可以从两面照射激光束来进行改性。

上述实施方式的改性部5是从表面贯通至背面的构成。然而，本发明不限于此。即，本发明例如也可以是改性部5未贯通至背面的构成。

在上述实施方式中，将母材与改性材料一起熔融而对母材的位置进行改性。然而，本发明不限于此。即，本发明只要是楔部7位于边界部8就足够，因此，例如也可以在不载置改性材料的情况下将母材熔融而形成鼓出部5A之后通过冲压加工来形成楔部7。

此外，本发明只要符合上述实施方式所记载的公开的主旨即可，并不限定于上述实施方式。因此，也可以是组合了上述多个实施方式中的至少两个实施方式的构成、或者在上述实施方式中取消了图示的构成要件或标注符号进行说明的构成要件中的任意一个的构成。

符号说明

2…铁芯片2A…硅钢板3…磁铁孔

4…桥部5…改性部5A…鼓出部

6…非改性部7…楔部8…边界部

Claims (6)

1.一种用于电动马达的铁芯片，其具备：

具有与改性材料一起熔融而成的改性部的硅钢板；以及

该改性部与该硅钢板的非改性部的边界部的一部分向该改性部和该非改性部中的至少一侧突出的楔部。

2.根据权利要求1所述的铁芯片，其中，所述改性部设置于转子铁芯的成为桥部的区域的至少一部分。

3.一种转子铁芯，其是将两张以上权利要求1或2所述的铁芯片层叠而成的转子铁芯。

4.一种转子，其具备权利要求3所述的转子铁芯以及被嵌入该转子铁芯的磁铁孔的永磁铁。

5.一种电动马达，其具备权利要求4所述的转子以及定子。

6.一种高强度钢板，其具备：

具有与改性材料一起熔融而成的改性部的硅钢板；以及

该改性部与该硅钢板的非改性部的边界部的一部分向该改性部和该非改性部中的至少一侧突出的楔部。